Nada pronostica la llegada del invierno como las heladas en los parabrisas.
Si bien el inconveniente de raspar o descongelar las ventanillas de los autos puede definir mañanas frías para muchos conductores, la congelación de la economía más grande es más que una molestia. Desde vuelos retrasados hasta cortes de energía, la acumulación de hielo puede costar miles de millones de dólares a los consumidores y a las empresasdólares cada año en eficiencia perdida y avería mecánica.
Nueva investigación de Virginia Tech, publicada esta semana en Materiales aplicados e interfaces ACS , espera cambiar eso. Con la primera demostración del mundo de una superficie pasiva antiescarcha, el estudio proporciona una prueba de concepto para mantener las superficies un 90 por ciento secas y sin heladas indefinidamente, todo sin químicos ni insumos de energía.
"El glaseado es un gran problema, y los investigadores han estado trabajando para resolver este problema durante años", dijo Farzad Ahmadi, un estudiante de doctorado en el Departamento de Ingeniería Biomédica y Mecánica de Virginia Tech en la Facultad de Ingeniería y autor principal del estudio.
Ahmadi explicó que los enfoques tradicionales para combatir las heladas se han basado en la aplicación de productos químicos anticongelantes o insumos de energía, como el calor. Incluso el método antiguo de arrojar sal en las carreteras es esencialmente un tratamiento químico. Otros avances recientes incluyen recubrimientos especiales parasuperficies que evitan la formación de escarcha, pero estos recubrimientos no son duraderos y tienden a desgastarse fácilmente.
"Para este proyecto, no estamos usando ningún tipo de recubrimiento especial, productos químicos o energía para vencer las heladas", dijo Ahmadi. "En cambio, estamos usando la química única del hielo para evitar la formación de heladas".
Utilizando un enfoque simple para el diseño, los investigadores crearon su superficie antiescarcha en aluminio sin tratar al modelar franjas de hielo en una matriz microscópica de surcos elevados. Los surcos microscópicos actúan como áreas de sacrificio, donde se forman franjas de hielo intencional y crean baja presiónzonas. Estas áreas de baja presión arrastran la humedad del aire cercana a la franja de hielo más cercana, manteniendo las áreas intermedias superpuestas libres de heladas, incluso en condiciones húmedas y de subcongelamiento.
Estas franjas de hielo de sacrificio representan solo el 10 por ciento de la superficie del material, dejando el 90 por ciento restante completamente seco.
"El poder real de este concepto es que las franjas de hielo en sí mismas son la química, lo que significa que el material que usamos es irrelevante", dijo Jonathan Boreyko, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería y Mecánica Biomédica. "Siempre y cuando ustedtiene ese patrón apropiado de hielo de sacrificio, el material que utiliza podría ser prácticamente cualquier cosa. Por lo tanto, hay muchas posibilidades "
Los investigadores ven aplicaciones inmediatas para la tecnología en la industria de HVAC, donde los componentes exteriores de los intercambiadores de calor como bombas de calor y sistemas de ventiladores ya utilizan un patrón de micro aletas en sus superficies. Los fabricantes solo tendrían que aplicar lo correctopatrón de surcos en esas aletas para evitar que se acumule escarcha dentro de los sistemas.
Otras aplicaciones incluyen materiales aeroespaciales, como alas de avión. Y sí, con un poco más de desarrollo, los parabrisas de los automóviles también son una opción para la tecnología antiescarcha, que ya ha obtenido una patente completa.
Además de sus cualidades anticongelantes sin precedentes, la tecnología podría aportar beneficios adicionales: puede ayudar a compensar los métodos tradicionales de lucha contra el hielo que tienen implicaciones preocupantes para el medio ambiente. Por ejemplo, se necesitan miles de galones de productos químicos anticongelantes para descongelarlas alas de un avión para un solo vuelo. Esos productos químicos se escapan al agua subterránea, se dispersan en el aire como pequeñas gotas y pueden tener efectos duraderos en la vegetación y la vida silvestre, incluso en las personas.
"Lo bueno del hielo es que es amigable con el medio ambiente", dijo Ahmadi. "No es como otros productos químicos o incluso sal, que no solo se quedan sino que también se diluyen o se diluyen con el tiempo".
Boreyko dijo que una de las contribuciones más importantes del estudio fue el desarrollo de un modelo racional de la cantidad de producto químico en este caso, el producto químico es hielo que se aplicará para mantener la superficie seca.
"Hemos conocido el truco durante siglos", dijo. "Se pone un químico de baja presión, como la sal, y mantiene todo lo demás a su alrededor bastante seco. Pero ahora estamos haciendo que ese efecto sea eterno, yestamos haciendo su distribución racional "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Virginia Tech . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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